Введение

Изучение посмертных изменений тканей в различных условиях внешней среды остаётся актуальной задачей судебной медицины, поскольку с увеличением длительности постмортального периода диагностическая ценность традиционных признаков снижается. Это обусловливает необходимость разработки объективных количественных методов исследования биологических тканей.

Одним из перспективных методов является импедансометрия. Электрические свойства тканей зависят от их структуры, содержания воды, состояния клеточных мембран и соотношения внутри- и внеклеточных компонентов [1; 2]. После смерти аутолитические и гнилостные процессы изменяют структуру и гидратацию тканей, что отражается на динамике импеданса и угла сдвига фаз [3; 4]. Результаты измерений также зависят от частоты тока, геометрии и глубины введения электродов, температуры и других условий, поэтому требуют стандартизации процедуры [1; 2].

В условиях почвенного захоронения на процессы разложения влияют температура, влажность, аэрация и физико-химические свойства субстрата [5; 6]; изучаются также изменения химического состава почвы и распространение продуктов разложения [7]. Геофизические методы обнаружения захоронений преимущественно оценивают электрические свойства почвы и подповерхностные аномалии, а не импеданс мягких тканей [8; 9]. В качестве модели человека часто используют свиней, однако различия в процессах разложения требуют осторожной экстраполяции результатов [10; 11]. Несмотря на наличие отечественных исследований электрических свойств трупных тканей и методики импедансометрии [3; 4], протокол серийного исследования кожно-мышечных лоскутов человека и свиньи в стандартизированной модели почвенного захоронения ранее подробно не описывался.

Цель исследования – разработать стандартизированный протокол импедансометрического исследования мягких тканей в лабораторной модели почвенного захоронения.

Материал и методы исследования

Дизайн исследования

Проведено экспериментальное методическое исследование. Объектами служили кожно-мышечные лоскуты, полученные от трупа мужчины 55 лет массой 100 кг и от трупа свиньи мужского пола в возрасте 8 месяцев массой 100 кг. От каждого донорского объекта получили по девять лоскутов. Общее количество образцов составило 18. Размер каждого лоскута 15×15×6 см. Биологическая выборка включала одного человека и одну свинью. Девять лоскутов от каждого донорского объекта рассматривали как внутридонорские образцы, а не как девять независимых биологических наблюдений. Выбор кожно-мышечных лоскутов обусловлен наличием в них нескольких тканевых компонентов, различающихся строением, степенью гидратации и электрическими свойствами. Измеряемое значение характеризовало кожно-мышечный комплекс в зоне расположения электродов, а не каждый тканевой компонент отдельно.

Лабораторная модель почвенного захоронения

Каждый лоскут помещали в отдельную круглую стеклянную ёмкость диаметром 40 см и глубиной 20 см. В качестве субстрата использовали суглинистую почву. Образцы заглубляли в средний слой почвы таким образом, чтобы верхняя поверхность лоскута располагалась примерно на глубине 10 см от поверхности почвы. Таким образом, глубина захоронения имела ориентировочный, а не строго измеренный характер.

Использованная конструкция представляла собой лабораторную модель почвенного захоронения. Она позволяла унифицировать объём ёмкости, тип субстрата и условия содержания образцов, но не воспроизводила в полном объёме естественные процессы массообмена, газообмена, движения грунтовой влаги, воздействия корней растений, насекомых и почвенной мезофауны. Выбор суглинистой почвы связан с её водно-физическими свойствами. По сравнению с песчаными почвами суглинок обычно лучше удерживает влагу и хуже аэрируется, что может влиять на интенсивность микробиологических процессов и темп посмертной трансформации тканей [5]. Все образцы содержали в термостатах при постоянной температуре +9 °C и относительной влажности воздуха 80%. Влажность непосредственно в почвенном субстрате, его pH, гранулометрический состав и плотность укладки в рамках настоящего методического этапа не определяли. Поэтому влияние указанных параметров на электрические характеристики тканей отдельно не оценивали.

Макроскопическое исследование

Макроскопическое состояние образцов оценивали один раз в сутки одновременно с регистрацией электрических показателей. Фиксировали: сохранность анатомического строения; наличие и выраженность запаха; цвет кожного покрова, подкожной жировой клетчатки и мышц; консистенцию тканей; степень увлажнённости; наличие видимых признаков гнилостной трансформации. Макроскопическую оценку выполняли в одинаковой последовательности на протяжении всего периода наблюдения.

Импедансометрическое исследование

Измерения выполняли с помощью портативного LCR-метра Keysight U1733C. Использовали игольчатые электроды из нержавеющей стали диаметром 0,5 мм и длиной погружной части 5 мм. Электроды фиксировали на расстоянии 5 см друг от друга. Погружение в ткань осуществляли на глубину 5 мм. Измерения проводили на пяти частотах переменного тока: 100, 120 Гц и 1, 10, 100 кГц. В пределах одного измерительного сеанса при переключении частот электроды из ткани не извлекали. Для каждого нового суточного измерения проколы выполняли в новом участке лоскута, чтобы уменьшить влияние локальных механических изменений ткани и подсыхания в области предыдущего измерения [3]. В протоколе исследования не фиксировали сведения о процедуре калибровки LCR-метра непосредственно перед измерениями и величине измерительного напряжения. В связи с этим указанные параметры не могут быть включены в воспроизводимое описание измерительного протокола и рассматриваются как ограничение настоящей работы. Импеданс и угол сдвига фаз регистрировали один раз в сутки в течение 31 суток.

Объём зарегистрированных данных

Количество значений каждого электрического показателя рассчитывали следующим образом: для одного донорского объекта: 9 лоскутов × 31 срок наблюдения × 5 частот = 1395 значений; для двух донорских объектов: 1395 × 2 = 2790 значений. Таким образом, зарегистрировано: 2790 значений импеданса; 2790 значений угла сдвига фаз; всего 5580 электрических значений.

Подход к представлению данных

Настоящая статья посвящена описанию методического этапа исследования. Статистическое сравнение динамики импеданса и угла сдвига фаз между образцами человека и свиньи в рамках данной публикации не проводили. Производные коэффициенты частотной дисперсии не рассчитывали и не интерпретировали. В связи с этим формулы таких коэффициентов, критерии статистического сравнения, медианы, квартили и графики динамики электрических показателей в настоящей статье не приводятся. С учётом наличия только одного донорского объекта каждого вида полученные повторные измерения нельзя рассматривать как независимые биологические наблюдения и использовать для широких межвидовых выводов.

Этические аспекты

Исследование проведено в соответствии с применимыми правовыми и этическими требованиями. Проведение исследования одобрено Комитетом по медицинской этике при Министерстве здравоохранения и социального развития Республики Карелия и Петрозаводском государственном университете, заключение № 43 от 21 мая 2019 г.

Результаты исследования и их обсуждение

Разработан протокол лабораторного импедансометрического исследования кожно-мышечных лоскутов в условиях контакта с суглинистой почвой. Протокол предусматривал унификацию следующих параметров: источника и размеров образцов; типа исследуемого тканевого комплекса; типа почвенного субстрата; размеров стеклянных ёмкостей; ориентировочной глубины залегания образцов; температуры и относительной влажности воздуха; материала и размеров электродов; межэлектродного расстояния; глубины введения электродов; частот переменного тока; последовательности измерений; периодичности наблюдений; продолжительности эксперимента; перечня макроскопических признаков.

Использование лоскутов одинакового размера обеспечивало сопоставимость условий контакта образцов с почвенным субстратом. Однако оно не устраняло естественную внутридонорскую неоднородность тканей. Применение электродов с фиксированным межэлектродным расстоянием и одинаковой глубиной введения уменьшало техническую вариабельность измерений. Проведение каждого следующего измерения в новом участке позволяло снизить влияние повторного повреждения и локального подсыхания тканей. Использованный частотный диапазон от 100 Гц до 100 кГц позволял регистрировать частотозависимые электрические характеристики кожно-мышечного комплекса. Суточный интервал выбран как единый шаг серийного наблюдения.

За 31 сутки получено 2790 значений импеданса и 2790 значений угла сдвига фаз. Одновременно проводили ежедневное макроскопическое наблюдение за состоянием образцов. Поскольку целью настоящей статьи являлось описание методики, числовые характеристики динамики электрических показателей, графики и межвидовые статистические сравнения не приводятся. По представленным данным нельзя делать выводы о направлении, форме или статистической значимости изменений импеданса и угла сдвига фаз во времени.

Импедансометрия отражает зависимость электрических характеристик тканей от их структуры, содержания жидкости и состояния клеточных мембран [1; 2]. После смерти аутолитические, дегидратационные и гнилостные процессы могут изменять электрофизические свойства тканей, что определяет перспективность метода для изучения посмертных изменений [3; 4]. Результаты измерений зависят от частоты и напряжения тока, характеристик электродов, глубины их введения и межэлектродного расстояния; эти параметры должны быть постоянными и фиксироваться в протоколе [1; 2].

В исследовании стандартизировали размеры образцов, тип почвы, ориентировочную глубину их расположения, температурно-влажностный режим, положение электродов, частоты и периодичность измерений. Отсутствие данных о калибровке прибора и измерительном напряжении ограничивает воспроизводимость методики. Несмотря на постоянство температуры, влажности воздуха, типа почвы и размеров ёмкостей, влажность, pH, гранулометрический состав и плотность укладки почвы не определяли. Лабораторная модель также не воспроизводила всех условий естественного захоронения [5; 6].

Предшествующие исследования преимущественно изучали химические изменения почвы и миграцию продуктов разложения [7], а геофизические работы - свойства почвы и подповерхностные аномалии [8; 9]. В отличие от них предложенный подход предусматривает непосредственное измерение электрических характеристик кожно-мышечного комплекса. Использование свиньи как модели человека требует осторожности из-за возможных различий в динамике разложения тканей [10; 11].

Интерпретация результатов импедансометрии требует учитывать частотную зависимость электрических свойств тканей и влияние параметров измерительной системы [12]. Изменения микробного сообщества могут дополнительно использоваться для оценки постмортального периода, однако требуют самостоятельной валидации и не заменяют оценку физического состояния тканей [13]. Результаты тафономических экспериментов следует интерпретировать с учётом биологических, почвенных и климатических факторов, поскольку лабораторные модели лишь частично воспроизводят естественное захоронение [14].

Девять лоскутов от каждого объекта увеличивают число внутридонорских измерений, но не количество независимых доноров. Поэтому 1395 значений для одного вида нельзя рассматривать как независимые наблюдения. Игнорирование этого обстоятельства может привести к псевдорепликации и завышению объёма биологических данных [15]. Дальнейший анализ должен учитывать иерархическую структуру данных, включать нескольких независимых доноров и использовать методы анализа повторных измерений или смешанные модели.

Практическое применение методики для определения длительности постмортального периода пока преждевременно: необходимо установить воспроизводимые временные зависимости, оценить межиндивидуальную вариабельность и диагностическую точность, а также провести независимую валидацию. Предложенный протокол следует рассматривать как методическую основу последующих исследований, а не как готовый инструмент экспертного определения давности смерти.

Ограничения исследования

Исследование ограничено одним человеком и одной свиньёй; внутридонорский характер образцов исключает обобщающие межвидовые выводы. Изучали только суглинистую почву, глубину залегания определяли ориентировочно. Лабораторная модель не воспроизводит всех условий естественного захоронения, а влажность, pH и состав почвы не определяли. Отсутствие данных о калибровке и измерительном напряжении снижает воспроизводимость. Макроскопическая оценка требует стандартизации; диагностическую эффективность и внутри- и межоператорную воспроизводимость не оценивали.

Выводы

1. Разработан протокол импедансометрического исследования кожно-мышечных лоскутов человека и свиньи в лабораторной модели контакта с суглинистой почвой при постоянной температуре +9 °C и относительной влажности воздуха 80%.

2. Образцы располагали так, чтобы верхняя поверхность лоскута находилась примерно на глубине 10 см от поверхности почвы. Протокол предусматривал унификацию размеров образцов, типа субстрата, параметров окружающей среды, геометрии расположения электродов, частот измерения и периодичности наблюдений.

3. Измерения импеданса и угла сдвига фаз выполняли один раз в сутки в течение 31 суток на частотах 100 и 120 Гц, 1, 10 и 100 кГц. Зарегистрировано 2790 значений импеданса и 2790 значений угла сдвига фаз. Одновременно проводили макроскопическую оценку состояния тканей.

4. Представленная работа описывает методический этап исследования. Она не устанавливает количественную зависимость электрических показателей от длительности нахождения тканей в почве и не позволяет формулировать диагностические критерии длительности постмортального периода.

5. Неполная фиксация параметров калибровки LCR-метра и измерительного напряжения ограничивает воспроизводимость электрического измерительного протокола и должна быть устранена в последующих исследованиях.

6. Для дальнейшего развития методики необходимы эксперименты с участием нескольких независимых донорских объектов, различных типов почв и температурно-влажностных режимов, а также оценка повторяемости измерений и диагностической точности разрабатываемых моделей.